Термические процессы преработки нефтянного сырья (стр. 1 )

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Комсомольский – на – Амуре государственный технический университет»

Кафедра «Технология переработки нефти и газа»

ТЕРМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРЕРАБОТКИ

НЕФТЯННОГО СЫРЬЯ

Методические указания к лабораторным работам по курсу «Технология нефти и переработки газа»

для студентов специальности 240403 «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов».

Комсомольск – на – Амуре 2010

УДК 665.63./.64(076.5)

 

Термические процессы переработки нефтяного сырья : методические указания к лабораторным работам по курсу «Технология нефти и переработки газа» / сост. : . – Комсомольск - на – Амуре : ГОУВПО «КнАГТУ», 2010. – 32 с.

Приведены сведения по основным термическим процессам переработки нефтяного сырья. Рассмотрены методики выполнения лабораторных работ по исследованию рассматриваемых процессов.

Предназначены для студентов специальности 240403 «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов».

Печатается по постановлению редакционно–издательского совета ГОУВПО «Комсомольский – на – Амуре государственный технический университет».

Согласованно с патентно – информационным отделом.

Рецензент

1 ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

Под термическими процессами подразумевают процессы химических превращений нефтяного сырья — совокупности реакций крекинга (распада) и уплотнения, осуществляемые термически, то есть без применения катализаторов. Основные параметры термических процессов, влияющие на ассортимент, материальный баланс и качество получаемых продуктов, — качество сырья, давление, температура и продолжительность термолиза.

1.1  Термический крекинг под давлением

Назначение процесса. Термический крекинг под давлением проводят с целью получения дополнительного количества светлых нефтепродук­тов, термогазойля (сырья для производства технического углерода) и дистиллятного крекинг-остатка (для производства высококачественно­го, анизотропного игольчатого кокса).

Параметры процесса. Процесс осуществляется под давлением от 2 до 7 МПа при темпера­туре 480 - 540 °С. Выход светлых продуктов при крекинге остаточного сырья не превышает 30 - 35 %. Время пребывания сырья в зоне реак­ции — 1,5 - 2,5 мин (10 - 15 мин — в выносной камере).

Выход светлых продуктов при крекинге мазута не превышает 27 – 35 % масс. В процессе термического крекинга вакуумного газойля выход светлых нефтепродуктов может достигать 70 % масс. на сырье. При термическом крекинге ароматизированных дистиллятных продуктов (тяжелых газойлей каталитического крекинга и коксования) также достигается достаточно высокая степень превращения сырья.

Сырье и продукты. Используется остаточное (мазуты, гудроны и полугудроны — около 70 %) и дистиллятное сырье (тяжелые газойли ката­литического крекинга, тяжелая смола пиролиза, экстракты селектив­ной очистки масел и др.).

При крекинге под давлением состав газов характеризует­ся значительным содержанием сухой части (метан, этан) и умеренным
(25 - 30 %) содержанием непредельных углеводородов.

Жидким продуктам крекинга свойственно присутствие непредельных и ароматических углеводородов. При средней глубине процесса крекинг-бензины обладают невысоким октановым числом (60 - 65); с углублени­ем процесса концентрация ароматических углеводородов возрастает, по­этому октановое число повышается: бензин, получаемый термическим риформингом лигроина, имеет октановое число 70 - 72, а у бензина, вы­деленного из смолы пиролиза, октановое число 80 и выше. Йодные чис­ла типичных бензинов, образующихся при термическом крекинге под давлением и коксовании, довольно высоки (80—100 г I2 на 100 г).

С утяжелением фракционного состава продуктов крекинга их непредельность снижается; крекинг-газойли, выкипающие в пределах
200 - 350 °С и часто используемые (после очистки) как компоненты ди­зельного топлива, имеют йодное число 40 - 50 г I2 на 100 г. Более тяже­лые фракции обычно возвращают на рециркуляцию или выводят в виде крекинг-остатка (крекинг под дав­лением). В зависимости от режима процесса и качества сырья эти про­дукты более или менее ароматизированы. Крекинг-остатки содержат довольно много смолисто-асфальтеновых веществ и некоторое количе­ство твердых частиц — карбоидов.

Типы процессов ТК. Известно несколько вариантов процесса:

§  крекинг в реакционном змеевике без выделения зоны крекинга в отдельную секцию;

§  крекинг с выносной реакционной камерой с различным уровнем жидкой фазы;

§  повторный крекинг дистиллятных продуктов или в смеси с исход­ным сырьем в отдельной печи;

§  крекинг с дополнительной разгонкой крекинг-остатка в вакууме.

Выбор технологической схемы процесса зависит от типа перераба­тываемого сырья.

1.2 Висбрекинг

Назначение процесса. Висбрекинг — наиболее мягкая форма термического крекинга, представляет собой процесс неглубокого разложения нефтяных остатков с целью снижения вязкости остатков для получения товарного котельного топлива.

Процесс осуществляется в жидкой фазе. Возможности висбрекинга по увеличению выработки светлых нефтепродуктов ограничены требованиями к качеству получаемого остатка.

Висбрекинг может проводиться также и для производства газойля — сырья для процессов каталитического и гидрокрекинга.

Параметры процесса. Процесс осуществляют при давлении 1 - 5 МПа и температуре 430 - 500 0С.

Конверсия сырья в процессе висбрекинга в печи невысокая (14 - 30 % исходного сырья), отбор светлых нефтепродуктов из гудрона не превышает
5 - 20 %, а из мазута - 16 - 22 %. При этом получается более 75 % условно непревращенного остатка — котельного топлива.

Сырье и продукты. В качестве сырья используют мазут либо гудрон.

Получаемые продукты при висбрекинге мазута: газ, бензин, средние дистилляты, вакуумный газойль, крекинг-остаток. При висбрекинге гудрона - газ, бензин, средние дистилляты, крекинг-остаток.

Типы процессов висбрекинга. Существуют две принципиальные разновидности процесса висбрекинга:

§  печной висбрекинг - в нагревательно-реакционной печи при температуре 480 - 500 0С и времени пребывания сырья в зоне реакции 1,5 - 2,0 мин;

§  висбрекинг с выносной реакционной камерой (сокинг-камерой) - при температуре 430 - 450 0С, время реакции 10 - 15 мин. Применение сокинг-камеры повышает селективность процесса, уменьшает расход тепла (65 – 70 % количества тепла, расходуемого при печном висбрекинге), увеличивает глубину превращения сырья, снижает закоксовывание змеевика печи и увеличивает межремонтный пробег.

На современных нефтеперерабатывающих заводах висбрекинг позволяет:

§  сократить производство тяжелого котельного топлива;

§  уменьшить количество прямогонных дистиллятов для разбавления тяжелых, высоковязких остатков (гудронов), используемых в качестве котельного топлива;

§  расширить ресурсы сырья для каталитического крекинга и гидрокрекинга;

§  выработать дополнительное количество легких и средних дистиллятов, используемых как компоненты моторных и печных топлив.

1.3  Коксование

Назначение процесса. Коксование — одна из наиболее жестких форм термическо­го крекинга нефтяных остатков с целью получения дополнительного количества светлых нефтепродуктов и нефтяного кокса. Процесс проводят в направлении концентрирования асфальто-смолистых веществ сырья в твердом продукте-коксе и получения в результате этого более богатых водородом продуктов — бензина и средних дистиллятов.

Параметры процесса. Осуществляет­ся при низком давлении и температуре 480 - 560 0С.

Сырье и продукты. В качестве сырья используют тяжелые нефтяные остатки и кубовые остатки различных производств: гудроны, мазуты, смолы пиролиза, крекинг-остатки. За рубежом используют также каменноугольные пеки и сланцевые смолы, тяжелые нефти из битуминозных пород и др.

Опасность закоксовывания реакцион­ной аппаратуры зависит от качества исходного сырья, преж­де всего от его агрегативной устойчивости. Тяжелое сырье, богатое асфальтенами, но с низким содержанием полициклических ароматических углеводородов, характеризуется низкой агрегативной устойчивостью, и оно быстро расслаивается в змеевиках печи, что является причиной коксоотложения и прогара труб. Для повышения устойчивости сырья к сырью добавляют ароматические концентраты, такие как экстрак­ты масляного производства, тяжелые газойли каталитического крекинга, тяжелая смола пиролиза и др.

В зависимости от назначения к нефтяным коксам предъявляют различ­ные требования. Основные показатели качества коксов:

§  содержание серы (малосернистые (до 1 % S), среднесернистые (до 1,5 % S), сернистые (до 4 % S) и высокосернистые (выше 4,0 % S));

§  золы (малозольные (до 0,5 %), среднезольные (0,5—0,8 %) и высокозольные (более 0,8 %));

§  летучих компонентов (кусковой (фрак­ция с размером кусков свыше 25 мм), «орешек» (фракция 8—25 мм) и мелочь (менее 8 мм));

§  гранулометрический состав;

§  пористость;

§  истинная плотность;

§  механическая прочность;

§  микроструктура и др.

Получаемые при коксовании жидкие дистилляты имеют невысокие эксплуатационные показатели (из-за повышенного содержания в них непредельных и сернистых соединений) и требуют дальнейшей термогидрокаталитической обработки для вхождения в состав товарных топлив.

Наличие в газе непредельных углеводородов создает предпосылки для его использования (после соответствующего фракционирования) в процессах алкилирования, полимеризации и др.

Типы процесса коксования. Промышленный способ коксования осуществ­ляют на установках трех типов:

§  периодического коксования (периоди­ческие подача сырья и выгрузка продуктов) в кубах;

§  полунепрерывного или замедленного коксования (непрерывная подача сырья и периодичес­кая выгрузка продукта) в камерах (барабанах);